Облака, осадки и условия полетов в них.

Конденсация и сублимация водяного пара в атмосфере.

Вода в атмосфере может находиться в трех состояниях: газообразном (водяной пар), жидком (вода) и твердым (лёд). Атмосферный воздух всегда содержит какое-то количество водяного пара, т.е. воды в газообразном состоянии. Процесс перехода воды из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией, а непосредственный переход из газообразного состояния в твердое минуя жидкое – сублимацией. В свою очередь вода и лёд в результате испарения переходят в газообразное состояние. Процессы изменения агрегатного состояния воды в атмосфере идут непрерывно и оказывают весьма существенное влияние на образование облаков, осадков, туманов и других явлений.

Конденсация происходит в результате достижения водяным паром состояния перенасыщения. Это состояние достигается либо путем увеличения общего влагосодержания воздуха, либо путем понижения температуры.

Однако, как показывают исследования, указанные процессы не могут привести к конденсации пара в воздухе, если в нем отсутствуют мельчайшие частички твердых примесей, обладающих свойством гигроскопичности.

Такие частички называются ядрами конденсации. Установлено, что при отсутствии этих ядер в чистом воздухе, конденсация могла бы начаться только при четырех – восьмикратном пресыщении, а таких пресыщений в реальных условиях атмосферы не наблюдается.

Ядра конденсации представляют собой мельчайшие растворимые и нерастворимые частички, радиус которых в большинстве случаев составляет 5·10⁷-2·10^-5см. В атмосферу ядра конденсации поступают в результате сгорания различного рода топлива, выветривания почвы и горных пород, разбрызгивания и испарения морской воды и пены при сильных волнениях, извержений вулканов, сгорания метеоритов и т.п. Например, при сгорании каменного угля в атмосферу по приближенным подсчетам поступает в год около 20 млн.г. сернистого газа, который над действием различных окислителей может превратиться в серную кислоту, обладающую большой ингрокопичностью.

Наибольшая концентрация ядер конденсации имеет место в нижних слоях атмосферы и с высотой быстро убывает.

Таким образом, непременными условиями конденсации является достижение водяным паром состояния насыщения и наличие в воздухе ядер конденсации.

Как показывают исследования, процессы увлажнения и охлаждения воздуха часто действуют в атмосфере одновременно. Однако решающая роль принадлежит понижению температуры, которое происходит при подъеме воздуха, при смешении теплого и холодного воздуха, а также в процесс радиационного выхолаживания (излучения).

С точки зрения термодинамики атмосферы понижение температуры

воздуха при его подъеме происходит адиабатический, т.е. без теплообмена

подымающихся воздушных частиц с окружающей средой. Это понижения температуры происходит вследствие уменьшения внутренней энергии поднимающегося объема воздуха, затрачиваемой на работу расширения против внешних сил давления. Если воздушная частица поднимается вверх, то имеет место расширение её объема при этом внутренняя энергия частицы уменьшается. Обратная картина происходит, когда воздушная частица опускается, при этом она сжимается, а её внутренняя энергия увеличивается. Из этого следует, что при подъеме (восходящем движении) какого-либо объема воздуха температура его понижается, а при опускании (нисходящем движении) – повышается. Эти процессы имеют место в реальных условиях атмосферы, и как мы увидим дальше, играют важную роль в образовании и развитии облаков.

Вертикальные движения воздуха.

Атмосфера является чрезвычайно турбулентной средой в которой наряду с горизонтальными движениями (ветром) наблюдаются и вертикальные (восходящие и нисходящие), которые играют чрезвычайно важную роль в формировании облачности. Восходящие и нисходящие движения воздуха отличаются по своим масштабам скорости и степени воздействия на развитие атмосферных процессов.

Поэтому вертикальные движения можно подразделить на три вида:

1. Упорядоченные вертикальные движения;

2. Термическая конвекция;

3. Динамическая турбулентность.